CN111396117B - 一种综掘工作面液氮雾与细水雾联动降尘的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综掘工作面液氮雾与细水雾联动降尘的方法，在掘进工作面迎头和掘进司机室之间设置两道空气幕，将粉尘控制在掘进工作空间内，防止粉尘向整个巷道扩散；采用磁化水制备细水雾使得其表面张力降低，细水雾与粉尘结合进行降尘，同时在液氮雾滴的低温作用下，带粉尘水雾快速凝结，加快其下降速度，并且通过二次沉降有效提升了降尘效率与降尘效果；通过粉尘引流系统，既能加快粉尘向下的移动速度，保证液氮雾和细水雾联动下的快速降尘，又能除去残余的粉尘，并且离心扇能将掘进工作空间内的空气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓度；细水雾和液氮雾能对围岩或煤体进行湿润及降温，以防止切割煤岩产生火花引发瓦斯煤尘爆炸事故。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于综掘工作面降尘的方法，具体是一种综掘工作面液氮雾与细水雾联动降尘的方法。
背景技术
巷道综掘工作面是煤矿井下的最主要产尘点之一，作业过程中粉尘产生量大，大量粉尘悬浮于空气中，不仅使得工作面能见度降低，对巷道正常掘进造成较大影响，而且对作业人员的身体健康构成严重危害，据统计，85%以上的煤矿尘肺病患者的作业地点在岩巷综掘工作面。为了防治煤矿井下巷道综掘工作面粉尘危害，目前普遍采用掘进机内外喷雾、煤层注水、除尘风机等装置，但由于这些装置自身的局限性导致防降尘效果还不理想。如，煤层注水系统及工艺复杂，耗水量大，需施工大量注水钻孔，工程量大，成本较高；内外喷雾的喷嘴极易堵塞，降尘效率较低，降尘用水的利用率低；另外除尘风机的有效吸程较短，吸尘率较低，并且其过于庞大笨重，移动很不方便，且存在电气安全隐患。除此之外，目前还有空气幕与除尘风机联合使用的降尘方法，即通过空气幕将综掘工作面产生的粉尘控制在一定的范围内，再使用除尘风机对封闭区的粉尘进行吸尘处理；该方法为一种干式降尘方法，除有以上所述除尘风机本身的缺陷外，封闭区域内的粉尘、瓦斯浓度相对较高，切割煤岩时一旦产生火花容易诱发煤尘、瓦斯爆炸等恶性事故。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种综掘工作面液氮雾与细水雾联动降尘的方法，能将掘进迎头产生的粉尘控制在一个较小的空间内，从而保证人员工作环境的空气质量；另外通过液氮雾、细水雾和瓦斯引流相互配合对粉尘进行降尘及瓦斯引流的处理，从而降低控制空间内粉尘浓度及瓦斯浓度，最终防止掘进迎头产生火花时导致煤尘爆炸或瓦斯爆炸的情况发生。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种综掘工作面液氮雾与细水雾联动降尘的方法，采用细水雾与液氮雾联动系统进行降尘，具体步骤为：
A、将细水雾与液氮雾联动系统中的底板空气幕发生器和顶板空气幕发生器均设置在掘进工作面迎头和掘进司机室之间，其中底板空气幕发生器位于巷道底板上、且距离掘进工作面迎头4.1～4.3m；顶板空气幕发生器位于巷道顶板上、且距离掘进工作面迎头3.8～4.0m；
B、将细水雾与液氮雾联动系统中的细水雾直喷头设置在距离掘进工作面迎头0.8～1.3m、且距离巷道顶板0.3～0.6m处，细水雾与液氮雾联动系统中的液氮雾直喷头设置在距离掘进工作面迎头1.5～2.0m、且距离巷道顶板0.7～0.9m处，细水雾直喷头和液氮雾直喷头分别喷出细水雾和液氮雾用于直接降尘；
C、将细水雾与液氮雾联动系统中的离心扇设置在距离掘进工作面迎头5～5.5m、且距离巷道底板0.3～0.5m处，离心扇通过耐负压管与阻尘滤网配合，用于引导粉尘下降；细水雾与液氮雾联动系统中的液氮雾向下喷头设置在距离掘进工作面迎头2.8～3.1mm、且距离巷道底板0.6～0.8m处，细水雾与液氮雾联动系统中的细水雾向下喷头设置在距离掘进工作面迎头2.5～2.7mm、且距离巷道底板0.9～1.1m处，细水雾向下喷头和液氮雾向下喷头分别喷出细水雾和液氮雾用于沉降引导下来的粉尘；阻尘滤网设置在距离巷道底板0.3～0.5m，且距离掘进工作面迎头3.3～3.6mm处；
D、将细水雾与液氮雾联动系统中的压风管连接巷道的压风系统；将细水雾与液氮雾联动系统中的磁化水注入管连接巷道的磁化水输送系统；当掘进机开始作业前10～20min，打开第三控制阀，此时压风系统向压风管内输送高压气流，从而启动顶板空气幕发生器和底板空气幕发生器分别产生第一空气幕和第二空气幕，第一空气幕和第二空气幕之间形成防尘缓冲区，将掘进工作面迎头产生的粉尘控制在掘进工作空间内；
E、打开第二控制阀，通过磁化水注入管向细水雾发生器内注入磁化水，打开第一控制阀并启动细水雾发生器，此时细水雾发生器将磁化水转化成细水雾，然后细水雾通过第三细水雾管和第二三通阀分流给第一细水雾管和第二细水雾管，并经细水雾直喷头和细水雾向下喷头向掘进工作空间内喷出细水雾；所述细水雾发生器产生的细水雾流量为11～13m3/min，细水雾直径小于70μm；
F、同时启动液氮雾发生器，液氮雾发生器将液氮转化成液氮雾，按顺序依次打开第一液氮控制阀和第二液氮控制阀，产生的液氮雾经过第二液氮管和第一三通阀分流给第一液氮管和第四液氮管，并经液氮雾直喷头和液氮雾向下喷头向掘进工作空间内喷出液氮雾；所述液氮雾发生器产生的液氮雾流量为20～30L/min，液氮雾直径小于250μm；
G、启动离心扇，所述离心扇能提供不小于600KPa的负压，进而通过耐负压管在掘进工作空间的下部产生负压，使掘进工作空间内的悬浮粉尘向下引流，此时掘进工作面迎头产生的粉尘一部分与细水雾结合形成带粉尘水雾，并受重力及引流压力的作用在掘进工作空间内下降，同时在下降过程中液氮雾与带粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水雾下降速度，直至达到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的一次沉降过程；其余未与细水雾结合的粉尘在负压引流作用下向掘进工作面下部移动，在经过细水雾向下喷头和液氮雾向下喷头的位置时，该部分粉尘与细水雾向下喷头喷出的细水雾结合形成带粉尘水雾，液氮雾向下喷头喷出的液氮雾与带粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水雾下降速度，直至达到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的二次沉降过程；最后如还有剩余未沉降的粉尘受负压作用会吸附在阻尘滤网上，从而实现掘进工作空间内的粉尘沉降工作，同时离心扇能将掘进工作空间内的空气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓度；另外掘进工作空间内的细水雾沉降后能对周围巷道围岩或煤体进行湿润及降温，从而能有效降低掘进过程中切割煤岩产生火花的可能性。
与现有技术相比，本发明采用磁化水制备细水雾使得降尘用水的表面张力大幅度降低，增强了水的雾化效果，提高了雾滴与煤尘的接触面积，提升了降尘效果。同时在液氮雾滴的低温作用下，带粉尘水雾快速凝结，加快其下降速度，并且通过二次沉降有效提升了降尘效率与降尘效果。在掘进工作面迎头和掘进司机室之间设置两道空气幕，形成具有防尘缓冲区的双保险封闭作用，将掘进工作面迎头产生的粉尘控制在掘进工作空间内，防止粉尘向整个巷道扩散；在巷道下部设置粉尘引流系统，既能加快粉尘向下的移动速度，保证液氮雾和细水雾联动下的快速降尘，又能除去残余的粉尘。并且离心扇能将掘进工作空间内的空气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓度；此外，细水雾和液氮雾能对巷道围岩或煤体进行湿润及降温，以防止切割煤岩产生火花引发瓦斯煤尘爆炸事故。因此本发明将磁化水细水雾降尘、液氮雾冻结带粉尘水雾和引流降尘相互配合，使其除尘效果好，除尘效率高，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明装配后的结构示意图。
图中：1、巷道；2、底板空气幕发生器；3、第一进风管；4、阻尘滤网；5、耐负压管；6、离心扇；7、第一液氮管；8、液氮雾向下喷头；9、细水雾向下喷头；10、第一细水雾管；11、第一三通阀；12、第二液氮管；13、第一液氮控制阀；14、液氮雾发生器；15、第三液氮管；16、第二液氮控制阀；17、液氮罐；18、第四液氮管；19、液氮雾直喷头；20、细水雾直喷头；21、第二细水雾管；22、第二三通阀；23、第三细水雾管；24、第一控制阀；25、细水雾发生器；26、第二控制阀；27、磁化水注入管；28、第三三通阀；29、压风管；30、第三控制阀；31、第二进风管；32、顶板空气幕发生器；33、第一空气幕；34、第二空气幕。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种综掘工作面液氮雾与细水雾联动降尘的方法，采用细水雾与液氮雾联动系统进行降尘，具体步骤为：
A、将细水雾与液氮雾联动系统中的底板空气幕发生器2和顶板空气幕发生器32均设置在掘进工作面迎头和掘进司机室之间，其中底板空气幕发生器2位于巷道底板上、且距离掘进工作面迎头4.1～4.3m；顶板空气幕发生器32位于巷道顶板上、且距离掘进工作面迎头3.8～4.0m；
B、将细水雾与液氮雾联动系统中的细水雾直喷头20设置在距离掘进工作面迎头0.8～1.3m、且距离巷道顶板0.3～0.6m处，细水雾与液氮雾联动系统中的液氮雾直喷头19设置在距离掘进工作面迎头1.5～2.0m、且距离巷道顶板0.7～0.9m处，细水雾直喷头20和液氮雾直喷头19分别喷出细水雾和液氮雾用于直接降尘；
C、将细水雾与液氮雾联动系统中的离心扇6设置在距离掘进工作面迎头5～5.5m、且距离巷道底板0.3～0.5m处，离心扇6通过耐负压管5与阻尘滤网4配合，用于引导粉尘下降；细水雾与液氮雾联动系统中的液氮雾向下喷头8设置在距离掘进工作面迎头2.8～3.1mm、且距离巷道底板0.6～0.8m处，细水雾与液氮雾联动系统中的细水雾向下喷头9设置在距离掘进工作面迎头2.5～2.7mm、且距离巷道底板0.9～1.1m处，细水雾向下喷头9和液氮雾向下喷头8分别喷出细水雾和液氮雾用于沉降引导下来的粉尘；阻尘滤网4设置在距离巷道底板0.3～0.5m，且距离掘进工作面迎头3.3～3.6mm处；
D、将细水雾与液氮雾联动系统中的压风管29连接巷道的压风系统；将细水雾与液氮雾联动系统中的磁化水注入管27连接巷道的磁化水输送系统；当掘进机开始作业前10～20min，打开第三控制阀30，此时压风系统向压风管29内输送高压气流，从而启动顶板空气幕发生器32和底板空气幕发生器2分别产生第一空气幕33和第二空气幕34，第一空气幕33和第二空气幕34之间形成防尘缓冲区，将掘进工作面迎头产生的粉尘控制在掘进工作空间内；
E、打开第二控制阀26，通过磁化水注入管27向细水雾发生器25内注入磁化水，打开第一控制阀24并启动细水雾发生器25，此时细水雾发生器25将磁化水转化成细水雾，然后细水雾通过第三细水雾管23和第二三通阀22分流给第一细水雾管10和第二细水雾管21，并经细水雾直喷头20和细水雾向下喷头9向掘进工作空间内喷出细水雾；所述细水雾发生器25产生的细水雾流量为11～13m3/min，细水雾直径小于70μm；
F、同时启动液氮雾发生器14，液氮雾发生器14将液氮转化成液氮雾，按顺序依次打开第一液氮控制阀13和第二液氮控制阀16，产生的液氮雾经过第二液氮管12和第一三通阀11分流给第一液氮管7和第四液氮管18，并经液氮雾直喷头19和液氮雾向下喷头8向掘进工作空间内喷出液氮雾；所述液氮雾发生器14产生的液氮雾流量为20～30L/min，液氮雾直径小于250μm；
G、启动离心扇6，所述离心扇6能提供不小于600KPa的负压，进而通过耐负压管5在掘进工作空间的下部产生负压，使掘进工作空间内的悬浮粉尘向下引流，此时掘进工作面迎头产生的粉尘一部分与细水雾结合形成带粉尘水雾，并受重力及引流压力的作用在掘进工作空间内下降，同时在下降过程中液氮雾与带粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水雾下降速度，直至达到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的一次沉降过程；其余未与细水雾结合的粉尘在负压引流作用下向掘进工作面下部移动，在经过细水雾向下喷头9和液氮雾向下喷头8的位置时，该部分粉尘与细水雾向下喷头9喷出的细水雾结合形成带粉尘水雾，液氮雾向下喷头8喷出的液氮雾与带粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水雾下降速度，直至达到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的二次沉降过程；最后如还有剩余未沉降的粉尘受负压作用会吸附在阻尘滤网4上，从而实现掘进工作空间内的粉尘沉降工作，同时离心扇6能将掘进工作空间内的空气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓度；另外掘进工作空间内的细水雾沉降后能对周围巷道围岩或煤体进行湿润及降温，从而能有效降低掘进过程中切割煤岩产生火花的可能性。
上述细水雾与液氮雾联动系统包括空气幕生成系统、细水雾降尘系统、液氮雾化系统和粉尘引流系统，且各个系统均设置在巷道1内；
所述空气幕生成系统包括底板空气幕发生器2、第一进风管3、顶板空气幕发生器32、第二进风管31、压风管29和第三三通阀，所述压风管一端与第三三通阀其中一个端口连接；第三三通阀另外两个端口分别与第一进风管3一端和第二进风管31一端连接，第一进风管3另一端与底板空气幕发生器2连接，第二进风管31另一端与顶板空气幕发生器32连接；所述顶板空气幕发生器32固定在巷道1顶板、且朝向底板喷气产生第一空气幕33，底板空气幕发生器2固定在巷道1底板、且朝向顶板喷气产生第二空气幕34；所述第一空气幕33和第二空气幕34相互平行；第一空气幕33和第二空气幕34之间形成防尘缓冲区，且第一空气幕33和第二空气幕34将巷道1分隔成掘进工作空间和人员操作空间；掘进面迎头处于掘进工作空间内；
所述细水雾降尘系统包括第一细水雾管10、第二细水雾管21、第二三通阀22、第三细水雾管23、细水雾发生器25和磁化水注入管27，第二三通阀22、第三细水雾管23、细水雾发生器25和磁化水注入管27均处于人员操作空间内；所述磁化水注入管27一端与细水雾发生器25的进口连接，细水雾发生器25的出口通过第三细水雾管23与第二三通阀22其中一个端口连接，第二三通阀22另外两个端口分别与第一细水雾管10一端和第二细水雾管21一端连接，第一细水雾管10另一端装有细水雾向下喷头9、且其穿过第一空气幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内，第二细水雾管21另一端装有细水雾直喷头20、且其穿过第一空气幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内；细水雾直喷头20高于细水雾向下喷头9，通过细水雾直喷头20和细水雾向下喷头9向掘进工作空间内喷洒细水雾；
所述液氮雾化系统包括第一液氮管7、第二液氮管12、第三液氮管15、第四液氮管18、第一三通阀11、液氮雾发生器14和液氮罐17，第二液氮管12、第三液氮管15、第一三通阀11、液氮雾发生器14和液氮罐17均处于人员操作空间内；液氮罐17的出口通过第三液氮管15与液氮雾发生器14的进口连接，液氮雾发生器14的出口通过第二液氮管15与第一三通阀11其中一个端口连接，第一三通阀11另外两个端口分别与第一液氮管15一端和第四液氮管18一端连接，第一液氮管7另一端装有液氮雾向下喷头8、且其穿过第一空气幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内，第四液氮管18另一端装有液氮雾直喷头19、且其穿过第一空气幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内；液氮雾直喷头19处于细水雾直喷头20和细水雾向下喷头9之间，液氮雾向下喷头8处于细水雾向下喷头9的下方，通过液氮雾直喷头19和液氮雾向下喷头8向掘进工作空间内喷洒液氮雾；
所述粉尘引流系统包括耐负压管5和离心扇6，离心扇6处于人员操作空间内，耐负压管5一端与离心扇6的吸风口连接，耐负压管6另一端装有阻尘滤网4、且其穿过第一空气幕33和第二空气幕34伸入掘进工作空间内，阻尘滤网4处于液氮雾向下喷头8的下方；
所述第二液氮管12上装有第一液氮控制阀13，第三液氮管15上装有第二液氮控制阀16，第三细水雾管23上装有第一控制阀24，磁化水注入管27上装有第二控制阀26，压风管29上装有第三控制阀30。
上述细水雾发生器25、液氮雾发生器14、底板空气幕发生器2和顶板空气幕发生器32均为现有设备。
Claims (1)
1.一种综掘工作面液氮雾与细水雾联动降尘的方法，其特征在于，采用细水雾与液氮雾联动系统进行降尘，具体步骤为：
A、将细水雾与液氮雾联动系统中的底板空气幕发生器和顶板空气幕发生器均设置在掘进工作面迎头和掘进司机室之间，其中底板空气幕发生器位于巷道底板上、且距离掘进工作面迎头4.1～4.3m；顶板空气幕发生器位于巷道顶板上、且距离掘进工作面迎头3.8～4.0m；
B、将细水雾与液氮雾联动系统中的细水雾直喷头设置在距离掘进工作面迎头0.8～1.3m、且距离巷道顶板0.3～0.6m处，细水雾与液氮雾联动系统中的液氮雾直喷头设置在距离掘进工作面迎头1.5～2.0m、且距离巷道顶板0.7～0.9m处，细水雾直喷头和液氮雾直喷头分别喷出细水雾和液氮雾用于直接降尘；
C、将细水雾与液氮雾联动系统中的离心扇设置在距离掘进工作面迎头5～5.5m、且距离巷道底板0.3～0.5m处，离心扇通过耐负压管与阻尘滤网配合，用于引导粉尘下降；细水雾与液氮雾联动系统中的液氮雾向下喷头设置在距离掘进工作面迎头2.8～3.1mm、且距离巷道底板0.6～0.8m处，细水雾与液氮雾联动系统中的细水雾向下喷头设置在距离掘进工作面迎头2.5～2.7mm、且距离巷道底板0.9～1.1m处，细水雾向下喷头和液氮雾向下喷头分别喷出细水雾和液氮雾用于沉降引导下来的粉尘；阻尘滤网设置在距离巷道底板0.3～0.5m，且距离掘进工作面迎头3.3～3.6mm处；
D、将细水雾与液氮雾联动系统中的压风管连接巷道的压风系统；将细水雾与液氮雾联动系统中的磁化水注入管连接巷道的磁化水输送系统；当掘进机开始作业前10～20min，打开第三控制阀，此时压风系统向压风管内输送高压气流，从而启动顶板空气幕发生器和底板空气幕发生器分别产生第一空气幕和第二空气幕，第一空气幕和第二空气幕之间形成防尘缓冲区，将掘进工作面迎头产生的粉尘控制在掘进工作空间内；
E、打开第二控制阀，通过磁化水注入管向细水雾发生器内注入磁化水，打开第一控制阀并启动细水雾发生器，此时细水雾发生器将磁化水转化成细水雾，然后细水雾通过第三细水雾管和第二三通阀分流给第一细水雾管和第二细水雾管，并经细水雾直喷头和细水雾向下喷头向掘进工作空间内喷出细水雾；所述细水雾发生器产生的细水雾流量为11～13m3/min，细水雾直径小于70μm；
F、同时启动液氮雾发生器，液氮雾发生器将液氮转化成液氮雾，按顺序依次打开第一液氮控制阀和第二液氮控制阀，产生的液氮雾经过第二液氮管和第一三通阀分流给第一液氮管和第四液氮管，并经液氮雾直喷头和液氮雾向下喷头向掘进工作空间内喷出液氮雾；所述液氮雾发生器产生的液氮雾流量为20～30L/min，液氮雾直径小于250μm；
G、启动离心扇，所述离心扇能提供不小于600KPa的负压，进而通过耐负压管在掘进工作空间的下部产生负压，使掘进工作空间内的悬浮粉尘向下引流，此时掘进工作面迎头产生的粉尘一部分与细水雾结合形成带粉尘水雾，并受重力及引流压力的作用在掘进工作空间内下降，同时在下降过程中液氮雾与带粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水雾下降速度，直至达到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的一次沉降过程；其余未与细水雾结合的粉尘在负压引流作用下向掘进工作面下部移动，在经过细水雾向下喷头和液氮雾向下喷头的位置时，该部分粉尘与细水雾向下喷头喷出的细水雾结合形成带粉尘水雾，液氮雾向下喷头喷出的液氮雾与带粉尘水雾接触，使带粉尘水雾温度快速降低凝结，凝结后加快带粉尘水雾下降速度，直至达到掘进工作空间的底板上，完成粉尘的二次沉降过程；最后如还有剩余未沉降的粉尘受负压作用会吸附在阻尘滤网上，从而实现掘进工作空间内的粉尘沉降工作，同时离心扇能将掘进工作空间内的空气不断抽出，也能降低掘进工作空间内的瓦斯浓度；另外掘进工作空间内的细水雾沉降后能对周围巷道围岩或煤体进行湿润及降温，从而能有效降低掘进过程中切割煤岩产生火花的可能性。
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